SVERIGE (19) SE (12) UTLÄGGNINGSSKRIFT (51) Internationell klass-'3 ibi( 2 d 7710406-5 G 21 C 17/14 PATENTVERKET (44) Ansökan utlagd och utlägg- g ] _Q] 00 Publiceringsi,.iu publicerad li: 1 ningsskriften nummer (41) Ansökan allmänt tillgänglig (22) Patentansökan inkom (24) Löpdag (62) Stamansökans nummer (86) Internationell Ingivningsdag (86) Ingivningsdag för ansökan om europeiskt patent (30) Prioritetsuppgifter 79-03-17 77-09-16 Ansökan inkommen som: ] svensk patentansökan 416 687 fullföljd internationell patentansökan med nummer omvandlad europeisk patentansökan med nummer (71}Sökande: AB ATOMENERGI, NYKÖPING, SE l 72)Uppfinnare: L 0 Johansson, Nyköping (74)0mbud: AB Dahls patentbyrå (54)Benämning: Förfarande och anordning för övervakning av en kärnreaktors period
1 7710406-5 Uppfinningen hänför sig till ett förfarande ooh en anordning för övervakning av en kärnreaktors period eller tidskonstant. Vid start och uppkörning av en kärnreaktor följer effektökningen ett förlopp som i huvudsak är exponentiellt. Perioden eller 5 tidskonstanten hos denna exponentialfunktion får av olika skäl icke bli alltför kort, och den måste därför övervakas, övervakningen måste ske över ett effektområde som omfattar flera tiopotenser. Enligt en konventionell metod övervakas en reaktorsperiod med en periodmeter efter en logaritmisk mätkanal. I samband med utveck- 10 lingen av ett nytt SRM-IRM-system för kraftreaktorer har uppstått ett behov av att kunna utföra motsvarande övervakning av en linjär mätkanal. Föreliggande uppfinning avser ett möta detta behov. Uppfinningen är speciellt lämplig för periodövervakning, då effektsignalen är uppdelad på ett antal linjära områden såsom är fallet 15 med t.ex. IRM-delen av nämnda SRM-IRM-system, men anordningen enligt uppfinningen kan även ersätta en periodmeter av konventionellt utförande. Förkortningarna SRM och IRM betecknar källeffektkanal (source range monitor) respektive mellaneffektkanal (intermediate range 20 monitor).
7710406-5 2 För övervakningen av reaktorperioden genereras på känt sätt en signal, i det följande benämnd effektsignal, vars nivå varierar linjärt med reaktoreffekten. Enligt uppfinningen genereras en referenssignal, som jämföres med effektsignalen. X beroende av re- 5 sultatet av denna jämförelse genereras en utsignal, som bringas att påverka referenssignalen, så att denna strävar att följa effektsignalen men dock så att referenssignalens tidsderivata icke blir större än den högsta tillåtna tidsderivatan för effektsignalen. Om effektökningshastigheten överstiger ett tillåtet värde, kommer så- 10 lunda effektsignalens nivå att mer och mer skilja sig från referenssignalens nivå. Vidare genereras enligt uppfinningen minst en signal markerande en larmnivå, som är lika med referenssignalens nivå multiplicerad med en -faktor större än ett. Effektsignalen jämföres även med larmnivåsignalen, och om effektsignalens nivå blir lika med eller över- * 15 stiger larmnivåsignalens nivå utlöses en larmsignal. Såsom nämnts är effektsignalen proportionell mot reaktoreffekten, och denna kan variera över ett område som omfattar flera tiopotenser. Det är därför lämpligt att uppdela detta effektområde i ett flertal intervall, t.ex. 0-10, 10-100, 100-1000 etc., och att låta effekt- 20 signalens proportionalitetsfaktör, dvs. förhållandet mellan effektsignalens nivå och reaktoreffekten, vid övergången från ett lägre till ett högre intervall minska så att effektsignalens nivå minskas till en bråkdel, t.ex. en tiondel, av den tidigare nivån. Härigenom behöver effektmätkanalens utgångssignnl icke variera över hela effektområdet utan 25 endast över ett sådant intervall. Detta kan enligt en utföringsform av uppfinningen åstadkommas genom att effektsignalen jämföres med en första signalnivå, som markerar övre gränsen för nämnda mätområde och att om effektsignalens nivå överskrider denna signalnivå både effektsignalens och referenssignalens (och därmed även larmnivå- 30 signalens) nivåer sänkes till en bråkdel, t.ex. en tiondel, av den tidigare nivån. Om denna nya signalnivå skulle sjunka till ett värde, som omfattas av närmast lägre effektintervall, bör signalnivån åter höjas till föregående nivå. Detta kan åstadkommas genom att effektsignalen även jämföres med en andra signalnivå, som markerar en bråk- 35 del av nämnda mätområde, vilken bråkdel exempelvis är något mindre än en tiondel. Om effektsignalens nivå underskrider denna andra signalnivå, ökas både effektsignalens och referenssignalens (och därmed även larmnivåsignalens) nivåer till en multipel, t.ex. tio, av den tidigare nivån. Vid sådana nivåväxlingar förblir det inbördes 40 förhållandet mellan effektsignalens, referenssignalens och larmnivå-
7710406-5 3 signalernas nivåer oförändrat. Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar. Fig. 1 visar ett blockschema över en anordning enligt uppfin- 5 ningen. Fig. 2 visar ett diagram, som illustrerar funktionen av anordningen enligt fig. 1. Fig. 3 visar ett blockschema över en anordning för att åstadkomna växling av signalnivåerna. 10 Anordningen enligt fig. 1 innefattar en signalkälla 1, som på känt sätt avkänner reaktorns effekt och genererar en effektsignal S, som är proportionell mot reaktoreffekten. Anordningen innefattar vidare en referenssignalkälla 2, som genererar en referenssignal R. Effektsignalen S och referenssignalen R tillföres en första kompara- 15 tor 3, som avger en viss utsignal,om effektsignalen S är större än referenssignalen R, och en annan utsignal om effektsignalen S är mindre än referenssignalen R. Utsignalen från komparatorn 3 tillföres en styrsignalkälla 4, som även tillföres referenssignalen. Styrsignalkällan 4 alstrar en utsignal, vars polaritet är positiv 20 eller negativ i beroende av om den av komparatorn 3 konstaterade skillnaden mellan effektsignalen och referenssignalen är positiv eller negativ, och vars absolutvärde är lika med referenssignalens momentanvärde R multiplicerat med en fast konstant A. Denna utsignal tillföres referenssignalkällan 2 och styr referenssignalen, så att 25 denna strävar att följa effektsignalen. Utsignalen (AR eller -AR) från styrsignalkällan 4 representerar tidsderivatan R av referenssignalen, och denna blir alltså en exponentiell funktion av tiden. Om S är större än R och alltså R = AR, ökar R exponentiellt, och om S är mindre än R och alltså R = - AR, minskar R exponentiellt. 30 Konstanten A väljes så att referenssignalens tidsderivata blir större än effektsignalens tidsderivata för alla normala fall. Detta betyder att referenssignalen hinner följa effektsignalen, och referenssignalen är ungefär lika med effektsignalen ora denna ökar med en tidskonstant som är mindre eller lika med den maximalt tillåtna. 35 Till referenssignalkällan 2 är ansluten en annan signalkälla 5, som kan benämnas larmnivåsignalkälla. Signalkällan 5 genererar en signal L vars nivå alltid är en konstant multipel a av referenssignalens nivå i alltså L ar. Larmnivasignalen Ii föres jämte effektsignalen S till en andra komparator 6. Denna avgiver en utsignal, 40 om effektsignalens nivå överstiger larmnivåsignalens. Denna utsignal
7710406-5 4 kan betecknas larmsignal och utnyttjas för att utlösa optiska och/ eller akustiska larmanordningar för att påkalla personalens uppmärksamhet, så att lämpliga åtgärder kan vidtagas för att minska eller stoppa effektökningen. Larmsignalen kan även utnyttjas för att direkt 5 påverka automatiskt verkande anordningar för reglering av reaktoreffekten. I diagrammet i fig. 2 illustreras anordningens funktion för några tänkta signalförlopp. Diagrammet visar signalnivåer (i logaritmisk skala) som funktion av tiden. Konstanten a, som betecknar förhållandel 10 mellan' larmnivåsignalen och referensnivåsignalen har godtyckligt valts till 1,5 så att L = 1,5R. Före tiden T Q är effektnivån stabil och R = S, men efter tiden T Q har effektsignalen en otillåtet hög derivata, så att den alltmera avlägsnar sig från referensnivån. Vid ett måttligt överskridande av den tillåtna fördubblingshastigheten 15 varierar effektsignalen enligt kurvan S^. Vid tiden T^ överskrider effektsignalen larmnivån L, och effektsignalens nivå har därvid ökat betydligt mera än faktorn a. Vid en snabbare ökning av effektsignalen enligt kurvan S 2 utlöses larm redan efter en kortare tid T 2 och även vid en lägre nivå. Om effektsignalen efter tiden T Q får ett transient 20 förlopp enligt kurvan S^ utlöses däremot icke något larm eftersom signalens amplitud är mindre än a; Den här beskrivna anordningen har följande fördelar: Vid normal drift följer larmnivån effektsignalen och ligger alltid en faktor a över denna. 25 En mycket snabb effektökning ger larm då signalen ökat en faktor a. Vid ett måttligt överskridande av tillåten effektökningshastighe! hinner effektsignalen öka mera än faktorn a, på grund av att larmnivåi är stigande. 30 Kortvariga effektexkursioner är tillåtna, och deras tillåtna amplitud är större ju långsammare de är. Anordningen kan kompletteras med flera signalkällor motsvarande signalkällan 5 i fig. 1 för att generera flera olika larmnivåsignaler med olika värden på faktorn a. Härigenom erhålles flera olika larm- 35 nivåer indikerande olika effektökningshastigheter. I fig. 3 visas i form av ett blockschema en anordning som möjliggör automatisk omkoppling av mätområden. En sådan omkoppling innebär att effektsignalens och även referenssignalens nivåer minskas eller ökas när reaktoreffekten ökar från ett lägre till ett högre 40 effektintervall respektive minskar från ett högre till ett lägre effektintervall, så att mätkanalens mätområde, som är betydligt
5 7710406-5 mindre än reaktoreffektens hela variationsområde, kan utnyttjas för samtliga effektintervall. Dessa effektintervall motsvarar lämpligen olika tiopotenser, dvs. 0-10, 10-100, 100-1000 etc. enheter. Effektkanalens tillgängliga mätområde motsvarar därvid 0-10 enheter. Pro- 5 portionalitetsfaktorn, som anger förhållandet mellan effektsignalen och reaktoreffekten, skall avpassas så att effektsignalens nivå alltid befinner sig inom detta område. Detta betyder att om reaktoreffekten ökar från ett intervall' (t.ex. 0-10) till närmast högre intervall (10-100) så skall nämnda proportionalitetsfaktör minskas 10 till en tiondel av det tidigare värdet. Om däremot reaktoreffekten sjunker från ett högre intervall till närmast lägre intervall, så skall proportionalitetsfaktorn ökas så att den blir tio gånger större än tidigare. Detta kan åstadkommas medelst anordningen enligt fig. 3. 15 Anordningen enligt fig. 3 är såsom visas i figuren ansluten till signalkällan 1, som genererar effektsignalen S. Anordningen innefattar en första signalkälla 7, som alstrar en signal U, vilken markerar den övre gränsen för mätområdet. Signalen U från signalkällan, 7 tillföres en komparator 8, vilken även tillföres effektsignalen S. Kom- 20 paratorn 8 alstrar en utsignal om signalen S överstiger signalen U. Denna utsignal tillföres en omkopplingsanordning 9. Omkopplingsanordningen 9 är på icke visat sätt ansluten till signalkällorna 1 och 2 (fig. 1) och påverkar utgångssignalnivån för dessa signalkällor, så att respektive signalnivåer minskas till en bråkdel (exempelvis en 25 tiondel) av den tidigare nivån. En andra signalkälla 10 avger en utgångssignal N, vars nivå motsvarar en bråkdel (en tiondel eller mindre) av det tillgängliga mätområdet. Utgångssignalen N från signalkällan 10 tillföres en komparator 11, vilken även tillföres effektsignalen S. Komparatorn 11 lämnar 30 en utsignal när signalen S blir mindre än signalen N. Denna utgångssignal tillföres en andra omkopplingsanordning 12. Omkopplingsanordningen 12 är även ansluten till signalkällorna 1 och 2 (fig. 1). När omkopplingsanordningen 12 påverkas av en utsignal från komparatorn 11, åstadkommer den en ökning av utgångssignalnivån för signalkällorna 35 1 och 2, så att effektsignalens och referenssignalens nivåer ökas till en multipel (10) av den tidigare nivån. Omkopplingsanordningarna 9 och 12 kan exempelvis vara utförda att påverka spänningsdelare i utgångarna på signalkällorna 1 och 2. Genom att både effektsignalen S och referenssignalen R (och 40 därmed även larmnivåsignalen L) ändras på samma sätt vid dessa nivå-
7710406-5 6 växlingar, kommer det inbördes förhållandet mellan dessa signalnivåer att förbli oförändrat efter en nivåväxling. Signalnivån N för signalen från signalkällan 10 bör väljas så att den är något lägre än den nivå, som motsvarar övergången från 5 ett högre effektområde till närmast lägre område. Om sålunda effektområdet är uppdelat i dekadiska intervall, bör signalnivån N vara något mindre än en tiondel, t.ex. 0,08 av mätkanalens nivåområde. Om signalnivån N vore exakt en tiondel av detta nivåområde, och effektsignalens nivå befinner sig vid den övre gränsen för detta 10 område och under en viss tid kvarstår på denna nivå eller något varierar kring densamma, så skulle båda omkopplingsanordningarna 9 och 12 kunna påverkas samtidigt eller i snabb följd (anordningen skulle icke "veta" vilket nivåområde den skulle välja), vilket icke är önskvärt. 15 De i ig. 1 och 3 endast schematiskt i form av block visade anordningarna kan på i och för sig känt sätt realiseras med antingen analoga eller digitala kretsar och skall därför icke beskrivas i detalj. Anordningen kan givetvis kombineras med optiska indikerings- 20 anordningar, t.ex. vanliga visarinstrument, som möjliggör för en operatör att direkt avläsa reaktoreffekten eller -perioden.
7 7710406-5 Patentkrav 1. Förfarande för övervakning av en kärnreaktors period, varvid en reaktorns effekt representerande effektsignal (S) alstras och jämföres med en referenssignal, varjämte en eventuell larmsignal utlöses i beroende av nämnda jämförelse, k ä n n e t e c k n a t av att då vid nämnda jämförelse en avvikelse mellan effektsignalen (S) och referenssignalen (R) detekteras, så ändras referenssignalens (R) nivå i en förutbestämd, av nämnda avvikelses storlek oberoende takt (R) i en riktning som är ägnad att medföra en reduktion av nämnda avvikelse, varigenom referenssignalen (R) bringas att följa effektsignalen (S) så länge den senare ej ändrar sig snabbare än nämnda förutbestämda ändringstakt för referenssignalen, varjämte minst en larmnivåsignal (L) alstras, vars nivå är lika med referenssignalens (R) aktuella nivå multiplicerad med en förutbestämd faktor (a) större än 1, och effektsignalen (S) även jämföres med denna larmnivåsignal (L), varvid larmsignalen utlöses om effektsignalens nivå når eller kommer att överstiga nämnda larmnivåsignals (L) nivå. 2. Anordning för övervakning av en kärnreaktors period, innefattande organ (1) för alstring av en reaktorns momentana effekt representerande effektsignal (S), organ (2) för alstring av en referenssignal (R) samt anordningar för jämförelse av effektsignalen (S) och referenssignalen (R) och utlösning av en larmsignal i beroende av nämnda jämförelse, känn e t e c k n a d av att nämnda referenssignalkalla (2) är styrbar till att kunna öka eller minska referenssignalens (R) nivå i en förutbestämd takt (R) under inverkan av en första styrsignal (AR) respektive andra styrsignal (-AR), samt att nämnda signaljämförelseanordning innefattar en första signaljämförare (3, 4) anordnad att jämföra effektsignalen (S) och referenssignalen (2) och att alstra nämnda första styrsignal för referenssignalkällan (2) då effektsignalens nivå överstiger referenssignalens nivå respektive alstrar nämnda andra styrsignal för referenssignalkällan (2) då.effektsignalens nivå understiger referenssignalens nivå, en larmnivåkälla (5) ansluten till referenssignalkällan (2) och anord-
8 7710406-5 nad att alstra en larmnivusignal (1.), vars nivå är lika med referenssignalens (R) aktuella nivå multiplicerad med en förutbestämd konstant faktor (a), och en andra signaljämförare (6) anordnad att jämföra effektsignalen (S) med nämnda larmnivåsignal (L) och att utlösa larmsignalen, om effektsignalens nivå når eller överstiger 1armnivåsignalens nivå. ANFÖRDA Storbritannien 975 742 (21 g:2l/31) Tyskland 1 912 670 (21 g:21/31) PUBLIKATIONER:
99 7710406-5 FIG.1 FIG.3
4H FIG.2 3H -J -o o JS- 0 os 1 ai